KR20150113546A - The composition of ceramic suspension for the ceramic suspension thermal spray coating to the metal surface - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a composition of ceramic suspension for conducting thermal spray coating of ceramic suspension on a metal surface and, more specifically, to a composition of ceramic suspension for conducting thermal spray coating of ceramic suspension on a metal surface, wherein ceramic coating is conducted on the surface of metal-composed components such as turbine engines, air foil bearings, gear chlorine gas compressing rods, heat exchanger deck and channel covers, pipes, heat exchangers, motor housings, ball valves, air blowers, sleeves and pump liners to grant abrasion resistance. According to the present invention, a high-density coating film can be manufactured by overcoming the disadvantages of a traditional thermal plasma spray method as raw materials can be supplied in the state of suspension having ceramic powder dispersed in a liquid state instead of granular powder.

Description

금속 표면에 세라믹 현탁액 용사 코팅을 하기 위한 세라믹 현탁액 조성물 {The composition of ceramic suspension for the ceramic suspension thermal spray coating to the metal surface} Technical Field [0001] The present invention relates to a ceramic suspension composition for spraying a ceramic suspension onto a metal surface,

본 발명은 금속 표면에 세라믹 현탁액 용사 코팅을 하기 위한 세라믹 현탁액 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터빈 엔진, 에어 포일(air foil) 베어링, 기어 염소 가스 압축 로드, 열교환기 갑판 및 채널 커버, 배관류, 열교환기, 모터 하우징, 볼 밸브, 송풍기, 슬리브류, 펌프 라이너 등 금속으로 만들어진 부품 표면에 내마모성을 부여하기 위하여 세라믹을 코팅하기 위한, 금속 표면에 세라믹 현탁액 용사 코팅을 하기 위한 세라믹 현탁액 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a ceramic suspension composition for spray coating a ceramic suspension on a metal surface, and more particularly to a ceramic suspension composition for coating a ceramic suspension on a metal surface, A ceramic suspension composition for spray coating a ceramic suspension on a metal surface for coating a ceramic to impart abrasion resistance to surfaces of metal parts such as heat exchangers, motor housings, ball valves, blowers, sleeves, pump liner will be.

일반적으로, 용사 코팅은 기계 부품(피코팅체) 등의 내마모성, 내식성, 내열성, 전기 전도성 및 절연성을 향상시키기 위해 선재 및 분말재 형상의 코팅 소재를 용융 상태로 가열하여 피착체의 표면에 분사하여 코팅하는 것이다. 용사 코팅의 열원으로는 화염, 플라즈마, 아크 등이 사용된다. 용사 코팅의 재료로는 요구 성능에 따라 금속, 세라믹, 복합소재 등이 다양하게 사용될 수 있다.In general, spray coating is a method of spraying a coating material of wire and powder material in a molten state on the surface of an adherend in order to improve abrasion resistance, corrosion resistance, heat resistance, electrical conductivity and insulation properties of a mechanical part Coating. Flame, plasma, arc and the like are used as the heat source of the spray coating. As the spray coating material, metal, ceramics, composite materials, etc. can be used variously according to required performance.

용사 코팅은 최대 수 십 mm의 두께로 코팅층을 형성할 수 있고, 면적이 넓거나 복잡한 형상의 피코팅체를 코팅할 수도 있다. 또한, 용사 코팅은 현장 시공이 가능하므로 해양 구조물, 조선 기자재, 발전소, 보일러 설비, 송전탑, 교량 등 다양한 구조물의 코팅에도 적용될 수 있다. 용사 코팅의 중요한 요소는 열원 온도, 용융 입자의 분사 속도, 용사기와 피코팅체의 분사 거리 및 용사기의 이동 속도 등이다. The spray coating can form a coating layer with a thickness of up to several tens of millimeters, and it is also possible to coat a coating material having a large area or complicated shape. In addition, spray coating can be applied to various structures such as marine structures, shipbuilding materials, power plants, boiler facilities, transmission towers, and bridges. The important factors of spray coating are the temperature of the heat source, the injection speed of molten particles, the injection distance of the sprayer and the coating material, and the moving speed of the sprayer.

통상적으로, 용사 코팅은 대형의 기물에 고속으로 코팅막을 형성하기 위해 코팅하고자 하는 소재를 와이어(wire) 형상으로 공급하는 아크 플라즈마 용사법과 과립 분말(granule) 형상으로 공급하는 열 플라즈마 용사법이 있다. Typically, the spray coating is an arc plasma spraying method in which a material to be coated is supplied in a wire form to form a coating film at a high speed on a large-sized article, and a thermal plasma spraying method in which the powder is supplied in a granule shape.

아크 플라즈마 용사의 경우, 코팅 소재가 선 형태로 제작되어야 하기 때문에 금속 소재의 코팅에 한정되어 있으며 내침식성이 뛰어난 세라믹 코팅막의 제조에는 적용할 수 없다. In the case of the arc plasma spraying, since the coating material must be manufactured in a line shape, it is limited to the coating of the metal material and can not be applied to the manufacture of the ceramic coating film having excellent erosion resistance.

또한, 열 플라즈마 용사의 경우에는, 과립 형태의 분말을 이용하기 때문에 세라믹 소재의 적용이 가능하지만 약 30 내지 200 마이크로미터 크기의 과립을 사용하기 때문에, 과립의 미용융 등의 문제로 인하여 코팅막 내부에 큰 기공이 존재하여 코팅막의 밀도가 낮고, 모재와 부착력이 저하되고, 층상 형태의 미세구조가 형성되는 다수의 결함이 발생하여 코팅막의 특성이 저하되는 문제가 발생한다.In the case of thermal plasma spraying, a ceramic material can be used because granular powder is used. However, since granules having a size of about 30 to 200 micrometers are used, Large pores are present to cause a problem that the density of the coating film is low, the adhesion with the base material is decreased, and a plurality of defects are formed in which a layered microstructure is formed, thereby deteriorating the characteristics of the coating film.

즉, 대한민국공개특허 제10-2006-0021625호에서는 "Cr2O3, NiCr, Ag, BaF2/CaF2의 4성분이 결합되어 하나의 입자를 구성하고 있으며, 그 조성범위는 wt.%로 크기가 300nm 이하인 Cr2O3 :10-50%, NiCr: 50-70%, Ag: 5-15%, BaF2/CaF2:5-15%인 것을 특징으로 하는 고온 내마모성 및 내마찰성이 우수한 용사용 코팅분말"이 제시되었고,That is, in Korean Patent Laid-Open No. 10-2006-0021625, four components of "Cr 2 O 3 , NiCr, Ag, and BaF 2 / CaF 2 are combined to form one particle, Characterized in that it has a high-temperature abrasion resistance and a high frictional resistance, characterized by being 10-50% of Cr 2 O 3 having a size of 300 nm or less, 50-70% of NiCr, 5-15% of Ag and 5-15% of BaF 2 / CaF 2 Quot; coating powder for use "was presented,

또한, 대한민국공개특허 제10-2008-0039317호에서는 "조립 및 소결 입자를 구성하는 1차 입자의 평균 입자 크기가 2 ~ 10 ㎛이고, 상기 조립 및 소결 입자의 파쇄 강도가 7 ~ 50 MPa인 원자번호 60 ~ 70 중 어느 하나의 희토류 원소의 산화물을 포함하는 조립 및 소결 입자를 포함하여 구성되는 용사용 분말"이 제시되었다. Korean Patent Laid-Open No. 10-2008-0039317 discloses that "the average particle size of the primary particles constituting the granulated and sintered particles is 2 to 10 μm and the granulated and sintered particles have an average particle size of 7 to 50 MPa &Quot; < / RTI > a granulated powder comprising granulated and sintered particles comprising an oxide of any one of the rare earth elements of any one of < RTI ID = 0.0 > 60-70. ≪ / RTI >

그러나, 과립 형상의 세라믹을 사용함으로써 코팅막 내부에 큰 기공이 존재하여 코팅막의 밀도가 낮아지며, 모재와의 부착력이 저하되고, 층상 형태의 미세 구조가 형성되므로 코팅막의 물성을 저하시키게 된다. However, the use of granular ceramics lowers the density of the coating film due to the presence of large pores in the coating film, deteriorates adherence to the base material, and forms a layered microstructure, thereby deteriorating the physical properties of the coating film.

그러므로 고밀도의 코팅막을 제조하여 모재와의 부착력을 증진시킴으로써 내부식성 및 내마모성이 개선된 세라믹 코팅의 개발이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.
Therefore, there is an urgent need to develop a ceramic coating having improved corrosion resistance and abrasion resistance by increasing the adhesion with a base material by preparing a high-density coating film.

대한민국공개특허 10-2006-0021625Korean Patent Publication No. 10-2006-0021625 대한민국공개특허 10-2008-0039317Korean Patent Publication No. 10-2008-0039317

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해, 열 플라즈마 용사법으로 부착성, 내부식성 및 내마모성이 우수한 나노미터 크기의 고밀도 코팅막을 형성할 수 있는 세라믹 현택액 조성물을 제공하는 데 있다.
In order to solve the above problems, the present invention provides a ceramic suspension composition capable of forming a nanometer-scale high-density coating film excellent in adhesion, corrosion resistance and abrasion resistance by thermal plasma spraying.

본 발명에 따르면, 세라믹 입자로서 Y2O3, TiO2, ZrO2, Al2O3 및 YSZ로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 입자; 및 용액으로서 사용되는 물을 포함하는 세라믹 현탁액 조성물로서, 상기 세라믹 입자의 입도는 0.4 ~ 8um(마이크로미터)이고, 상기 세라믹입자와 물로 이루어진 세라믹 현탁액 조성물의 pH 값은 7.5 ∼ 8이며, 상기 세라믹 현탁액 조성물은 첨가제로서 분산제를 더 포함하고, 상기 분산제는 PAA, PEI 또는 PBTCA 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 표면에 세라믹 현탁액 용사 코팅을 하기 위한 세라믹 현탁액 조성물을 제공할 수 있다.According to the present invention, particles comprising at least one selected from the group consisting of Y 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 and YSZ as ceramic particles; And water used as a solution, wherein the ceramic particles have a particle size of 0.4 to 8 μm (micrometer), the pH value of the ceramic suspension composition composed of the ceramic particles and water is 7.5 to 8, and the ceramic suspension The composition may further comprise a dispersant as an additive, and the dispersant may be any one selected from PAA, PEI, or PBTCA. A ceramic suspension composition for spray coating a ceramic suspension on a metal surface may be provided .

상기 세라믹 현탁액 조성물에서, 세라믹 입자로서 Y2O3, TiO2, ZrO2, Al2O3 및 YSZ로 이루어진 혼합 조성물을 포함할 수 있다.In the ceramic suspension composition, a mixed composition of Y 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 and YSZ may be contained as the ceramic particles.

상기 세라믹입자와 물로 이루어진 세라믹 현탁액 조성물(첨가제를 첨가하지 않은 상태)의 pH 값은 7.5 ∼ 8일 때 서스펜션 용액의 최적화가 이루어질 수 있다. The suspension solution may be optimized when the pH value of the ceramic suspension composition (in the absence of an additive) composed of the ceramic particles and water is 7.5 to 8.

상기 세라믹 현탁액 조성물에서 세라믹 입자의 함량은 세라믹 현탁액 조성물 전체 기준으로 15vol% ∼ 25vol%일 수 있다.
The content of ceramic particles in the ceramic suspension composition may be from 15 vol.% To 25 vol.%, Based on the total ceramic suspension composition.

본 발명에 따르면 과립 분말 대신에 세라믹 분말이 액상 상태로 분산된 현탁액 상태로 원료를 공급할 수 있기 때문에 종래의 열 플라즈마 용사법의 단점을 극복하여 고밀도의 코팅막을 제조할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 세라믹 현탁액 조성물을 사용함으로써 나노 구조의 미세 구조가 형성된 코팅층을 형성할 수 있기 때문에 매우 우수한 특성의 코팅막을 제조할 수 있다. 즉 본 발명에 따른 세라믹 현탁액 조성물을 이용하여 제조된 세라믹 코팅막은 나노미터 크기의 고밀도 코팅막을 형성하기 때문에 내부식성과 내마모성이 매우 우수하다.
According to the present invention, since the raw material can be supplied in a suspension state in which the ceramic powder is dispersed in the liquid state instead of the granular powder, the high density coating film can be manufactured by overcoming the disadvantage of the conventional thermal plasma spraying method. Also, by using the ceramic suspension composition according to the present invention, it is possible to form a coating layer having nanostructured microstructure, so that a coating film having excellent properties can be produced. That is, the ceramic coating film prepared using the ceramic suspension composition according to the present invention is excellent in corrosion resistance and abrasion resistance because it forms a nanometer-scale high-density coating film.

도 1은 열 플라즈마 용사 코팅을 나타낸 실시예의 도면이다.
도 2a ~ 도 2d는 입도의 미세구조 나타낸 도면이다.
도 3은 입도를 분석한 데이터를 나타낸 도면이다.
도 4는 세라믹 혼합 분말에 대한 제타 포텐셜(zeta potential) 데이터를 도시한 도면이다.
도 5는 파우더 함유량에 따른 점도 변화를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 6는 각각의 다양한 분산제의 농도에 따라 제조된 서스펜션 용액에 대한 측정된 점도 값을 나타낸 도면이다.
도 7은 PEI 분산제 함유에 따른 점도의 변화를 나타낸 도면이다.
도 8a ~ 도 8c는 금속 표면에 50회를 코팅한 단면층을 SEM을 이용해 관찰한 사진이다.
도 9a ~ 도 9c는 금속 표면에 100회를 코팅한 지르코니아 단면층을 SEM을 이용해 관찰한 사진이다.
1 is a view of an embodiment showing a thermal plasma spray coating.
2A to 2D are diagrams showing the microstructure of the particle size.
3 is a view showing data obtained by analyzing particle size.
4 is a graph showing zeta potential data for a ceramic mixed powder.
FIG. 5 is a view showing an embodiment showing a viscosity change according to a powder content. FIG.
Figure 6 is a plot of measured viscosity values for suspension solutions prepared according to the concentration of each of the various dispersants.
Fig. 7 is a graph showing the change in viscosity with the inclusion of the PEI dispersant. Fig.
8A to 8C are photographs of a cross-sectional layer coated on a metal surface 50 times by SEM.
9A to 9C are photographs of a zirconia cross-section layer coated with a metal surface 100 times by SEM.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 금속 표면에 세라믹 현탁액 용사 코팅을 하기 위한 세라믹 현탁액 조성물에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a ceramic suspension composition for coating a ceramic suspension on a metal surface according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명을 설명하기 위해 필요한 통상의 기술에 대해서는 상세 설명을 생략할 수 있다. The detailed description of common techniques necessary for explaining the present invention can be omitted.

본원 발명의 서스펜션 용사 코팅 공정을 위해서는, 고속으로 코팅막을 제조하는데 뛰어난 특성을 발휘하는 장비로 코팅하고자 하는 소재를 선(wire) 형상으로 공급하는 아크 플라즈마 용사 장비와 과립 분말(granule) 형태로 공급하는 열 플라즈마 용사(Thermal Plasma Spray) 장비가 있다. For the spray coating process of the present invention, an arc plasma spraying apparatus for supplying a material to be coated in a wire form and a granule are supplied in the form of a granular powder, Thermal Plasma Spray equipment.

아크 플라즈마 용사의 경우 코팅 소재가 선 형태로 제작되어야 하기 때문에 금속 소재의 코팅에 한정되어 있으며 내침식성이 뛰어난 세라믹 코팅막 제조에는 적용될 수 없고, 열 플라즈마 용사의 경우에는 과립 형태의 분말을 이용하기 때문에 세라믹 소재의 적용이 가능하지만 대략 30~200㎛ 크기의 과립을 사용하기 때문에 과립의 미 용융 등의 문제로 인하여 코팅막 내부에 큰 기공이 존재하여 코팅막의 밀도가 낮고, 모재와 부착력이 저하되고, 층상 형태의 미세구조가 형성되는 다수의 결함이 발생하여 코팅막의 특성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.In the case of arc plasma spraying, since the coating material is to be manufactured in a line shape, it is limited to the coating of a metal material and can not be applied to the production of a ceramic coating film having excellent erosion resistance. In the case of thermal plasma spraying, However, since granules having a size of about 30 to 200 mu m are used, large pores are present in the coating film due to problems such as non-melting of the granules, the density of the coating film is low, the adhesion with the base material is decreased, And a plurality of defects are formed in the microstructure of the substrate, thereby deteriorating the characteristics of the coating film.

본 발명에 따른 세라믹 현탁액 조성물이 이용되는 서스펜션 플라즈마 용사 코팅은 열 플라즈마 용사 코팅법과 유사한 구조를 가지지만 열 플라즈마 용사법의 단점을 극복할 수 있다. 즉 과립 분말 대신에 세라믹 분말이 액상 상태로 분산된 서스펜션 상태로 원료의 공급이 가능하기 때문에 고밀도의 코팅막 제조가 가능하며 나노 구조의 미세구조 형성이 가능하기 때문에 매우 우수한 특성의 코팅막 제조가 가능하게 된다.The suspension plasma spray coating using the ceramic suspension composition according to the present invention has a structure similar to that of the thermal plasma spray coating, but it can overcome the disadvantage of the thermal plasma spraying method. That is, instead of the granular powder, it is possible to supply the raw material in a suspension state in which the ceramic powder is dispersed in a liquid state, so that a high-density coating film can be manufactured and nanostructure microstructure can be formed, .

도 1은 열 플라즈마 용사 코팅용 장비를 나타낸 실시예의 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a view of an embodiment showing equipment for thermal plasma spray coating.

본 발명에서 사용되는 세라믹 분말의 조성물은 Y2O3(이트리아), TiO2(티타니아), ZrO2(지르코니아), Al2O3(알루미나) 및 YSZ(이트리아 안정화 지르코니아, yttria-stabilized zirconia)등이며, 각각의 소재들이 사용되는 비율은 wt%로 Y2O3 :10∼50%, TiO2: 50∼70%, ZrO2: 5∼15%, Al2O3: 5∼15%, YSZ: 10∼50%일 수 있다. 한편, YSZ는 단독 세라믹 재료로도 사용할 수 있고, 마찬가지로 Y2O3, TiO2, ZrO2 및 Al2O3 등도 단독 세라믹 재료로 사용가능하다. The composition of the ceramic powder used in the present invention may be selected from the group consisting of Y 2 O 3 (yttria), TiO 2 (titania), ZrO 2 (zirconia), Al 2 O 3 (alumina) and YSZ (yttria-stabilized zirconia ), Etc., and the ratios of the materials used are wt% Y 2 O 3 : 10 to 50%, TiO 2 : 50 to 70%, ZrO 2 : 5 to 15%, Al 2 O 3 : , And YSZ: 10 to 50%. On the other hand, YSZ can be used as a single ceramic material, and Y 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 and Al 2 O 3 can also be used as a single ceramic material.

TiO2은 모재와의 열팽창계수를 줄이고 코팅 시 금속 바인더 역할을 하는 것으로서, TiO2는 50-70wt%로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 50wt%미만인 경우, 코팅층과 모재사이 열응력의 완화가 충분치 못하여 코팅층의 박리 발생과 코팅 후 베어링의 가동 온도 및 로드 조건에 제대로 견디지 못하여 산화 또는 박리가 발생하고, 70wt%초과의 TiO2 함량은 코팅 후 다른 성분들이 갖고 있는 윤활특성 및 분산강화 역할을 기대하기 어려울 수 있다.TiO 2 reduces the coefficient of thermal expansion with respect to the base material and serves as a metal binder in the coating, and TiO 2 is preferably contained in an amount of 50-70 wt%. If the content is less than 50wt%, the coating layer and the mothayeo bear properly on the operating temperature and load conditions after the occurrence and coating peeling of mothayeo insufficient relaxation of the thermal stress between the base coat layer bearing an oxide or peeling occurs, and greater than 70wt% TiO 2 It may be difficult to expect the content of the lubricating properties and dispersion of other components after coating.

경한 소재인 Y2O3는 코팅 내에서 산강화 역할 및 약 800℃정도에서 윤활특성을 가지고 있는 물질로서, 10-50wt.%의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 이유는 많은 양의 Y2O3는 오히려 저온영역에서 마찰특성을 저하시킬 수 있기 때문이다.Y 2 O 3 , which is a light material, is a material having an acid strengthening function in the coating and a lubricating property at about 800 ° C. It is preferably contained in an amount of 10-50 wt.%. This is because a large amount of Y 2 O 3 may deteriorate the friction characteristics in a low temperature region.

ZrO2 및 Al2O3 계 성분은 각각 윤활특성이 뛰어난 소재로이지만, 비용의 문제로 최소의 양으로 윤활작용을 하기 위하여 5-15wt%로 한정하였다. The ZrO 2 and Al 2 O 3 components are excellent lubricating materials, but they are limited to 5-15 wt% in order to lubricate them with a minimum amount in view of cost.

또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 세라믹 조성물 분말은 Cr2O3(산화크로뮴), NiCr, Ag 및 BaF2/CaF2(불화바륨/불화칼슘) 등이며, 각각의 소재들이 사용되는 비율은 wt%로 Cr2O3 :10∼50%, NiCr: 50∼70%, Ag: 5∼15%, BaF2/CaF2 :5∼15%일 수 있다. In addition, the ceramic composition powder according to another embodiment of the present invention includes Cr 2 O 3 (chromium oxide), NiCr, Ag and BaF 2 / CaF 2 (barium fluoride / calcium fluoride) May be 10 to 50% of Cr 2 O 3 , 50 to 70% of NiCr, 5 to 15% of Ag and 5 to 15% of BaF 2 / CaF 2 in terms of wt%.

아울러, 본원 발명의 금속 표면에 세라믹 서스펜션 용사 코팅을 하기 위한 세라믹 현탁액 조성물에 대하여 실시예로 설명하고자 한다.
In addition, a ceramic suspension composition for spraying a ceramic suspension on a metal surface of the present invention will be described as an example.

- 서스펜션 분산액 제조 - - Suspension dispersion preparation -

이하에서는 서스펜션 분산액 제조를 위한 기본 조성과 입자의 제조 방법에 대하여 설명하고자 한다. Hereinafter, a basic composition for preparing a suspension dispersion and a method for producing particles will be described.

먼저, 서스펜션 분산액 제조를 위해서는 용매로 물을 사용하여 파우더의 함유량을 1에서 20 부피 퍼센트로 제조한다. First, to prepare a suspension dispersion, water is used as a solvent and the content of the powder is made 1 to 20 volume percent.

이때, 실시예1의 세라믹 소재는 YSZ 를 단독 사용하거나, 혹은 세라믹 조성물(wt%로 Y2O3 :10∼50%, TiO2: 50∼70%, ZrO2: 5∼15%, Al2O3 :5∼15%, YSZ :10∼50%) 을 사용할 수 있고, 경우에 따라서는 Y2O3, TiO2, ZrO2 및 Al2O3 등도 단독 사용할 수 있다.In this case, the ceramic material of Example 1 may be prepared by using YSZ alone or by using a ceramic composition (10 to 50% Y 2 O 3 , 50 to 70% TiO 2 , 5 to 15% ZrO 2 , Al 2 O 3 : 5 to 15%, and YSZ: 10 to 50%). In some cases, Y 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 and Al 2 O 3 can be used alone.

초기 파우더 준비를 위하여, 세라믹 혼합 분말을 사용하고 볼 밀링(ball milling)을 실시하여 고형분(solid contents)을 제조하며, 증류수를 혼합한다. 첨가제로 분산제 등을 첨가하여 서스펜션 용액을 제조한다. 이때, 볼 밀링(ball milling)의 조건은 표 1 과 같다. To prepare the initial powder, ceramic mixed powder is used and ball milling is performed to prepare solid contents, and distilled water is mixed. A dispersant or the like is added as an additive to prepare a suspension solution. At this time, conditions of ball milling are shown in Table 1.

볼 밀링 조건 Ball milling conditions 원료Raw material 세라믹 혼합 분말Ceramic mixed powder 밀링 방법Milling method 볼 밀링Ball milling 밀링 시간Milling time 3hr3hr RPMRPM 120120

원료분말의 형상 및 입도분석을 위해 주사전자현미경과 레이저 회절 입도분석법을 이용하여 분말의 분석을 실시하였고, 미세구조는 도 2a ~ 도 2d에 나타내었고, 입도분석 데이터는 도 3에 나타내었다. Powder analysis was performed using a scanning electron microscope and a laser diffraction particle size analysis for the shape and size of the raw material powder. The microstructure was shown in FIGS. 2A to 2D and the particle size analysis data was shown in FIG.

본 발명에 사용한 분말의 형상과 입도분석의 데이터를 분석한 결과 분말은 탑 다운(top down) 방식의 제조과정을 거쳐서 제조된 것으로 매우 다각형의 형상을 가지고 있는 것을 알 수 있었으며 입도분포는 0.4에서 8um의 분포를 나타내었고 평균값은 1.17um의 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 본 발명에서 서스펜션 용액의 최적화를 위해, 첨가제를 첨가하지 않은 상태에서 pH 조절에 따른 응집화를 이루기 위해, 각각의 pH 농도의 용액을 제조하여 제타 포텐셜(zeta potential) 분석 장비를 이용하여 본 분말의 등전점(Isoelectric point:IEP)를 분석하였다. 본 분말의 등전점은 약 7.5-8사이의 pH농도인 것을 확인하였다. 아울러, 세라믹 혼합분말에 대한 제타 포텐셜(zeta potential) 데이터는 도 4에 도시되었다.
As a result of analyzing the shape and the particle size analysis data of the powder used in the present invention, it was found that the powder had a very polygonal shape and was manufactured through a top down process. The particle size distribution was 0.4 to 8um And the mean value was 1.17um. In order to optimize the suspension solution in the present invention, in order to achieve agglomeration according to the pH control in the absence of the additive, a solution of each pH concentration is prepared, and the zeta potential Isoelectric point (IEP) was analyzed. The isoelectric point of the powder was confirmed to be a pH of about 7.5-8. In addition, the zeta potential data for the ceramic mixed powder is shown in Fig.

서스펜션 용액 분산 분산제를 첨가하지 않은 상태에서 파우더의 함유량을 1-20% 첨가함에 따라 점도를 측정한 결과 점도가 2 ∼ 25 mPa.s 이었으며, 이에 대한 세부 데이터는 도 5에 도시되었다. 즉 도 5는 파우더 함유량에 따른 점도 변화를 나타낸 실시예의 도면이다.Suspension solution The viscosity was measured by adding 1-20% of the content of the powder in the state of not adding the dispersing and dispersing agent, and as a result, the viscosity was 2 to 25 mPa.s, and detailed data thereof is shown in FIG. 5 is a view of an embodiment showing the viscosity change according to the powder content.

예상한 것과 같이, 파우더의 양이 증가할수록 점도가 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 파우더의 함유량이 15vol% 이상인 경우에는 점도가 급격하게 상승하는 것을 확인할 수 있었다. As expected, the viscosity increased as the amount of powder increased. When the content of the powder was 15 vol% or more, it was confirmed that the viscosity increased sharply.

서스펜션 점도에 미치는 분산제의 영향을 알아보기 위해서 YSZ에 사용되는 3가지의 각기 다른 분산제를 사용하여 실험을 하였다. To investigate the effect of dispersant on suspension viscosity, three different dispersants used in YSZ were used.

1. PAA(ammonium polyacrylic acid)1. PAA (ammonium polyacrylic acid)

2. PEI(Polyethylene imine)2. Polyethylene imine (PEI)

3. PBTCA(2-phosphonobutane tricarboxylic acid)
3. PBTCA (2-phosphonobutane tricarboxylic acid)

서스펜션용액의 분산을 안정화시키기 위해서 3개의 다른 분산제를 사용하여 실험을 하였다. 즉, 본원 발명에서는 다양한 분산제의 농도에 따라 서스펜션을 제조하였고, 도 6는 각각의 다양한 분산제의 농도에 따라 제조된 서스펜션 용액에 대한 측정된 점도 값을 나타낸 도면이다. Experiments were conducted using three different dispersants to stabilize the dispersion of the suspension solution. That is, in the present invention, suspensions were prepared according to the concentration of various dispersants, and FIG. 6 is a view showing measured viscosity values for the suspension solution prepared according to the concentration of each of various dispersants.

도 6의 도면에서 도시된 바와 같이. PAA인 경우는 0.005wt%, PEI인 경우 0.05%, PBTCA인 경우에는 0.05wt% 까지 유사한 점도를 나타내고 있음을 확인할 수 있었다. As shown in the drawing of FIG. It was confirmed that the viscosity was similar to 0.005 wt% for PAA, 0.05% for PEI, and 0.05 wt% for PBTCA.

3가지 타입의 분산제는 20vol% 파우더 함량의 서스펜션용액에 대해서 각각 8에서 23 mPa까지 점도를 감소시키는 것을 확인 할 수 있었다. 이때, 파우더의 변화 범위는 15vol% ∼ 25vol% 까지 변화를 줄 수 있다. 즉, 15vol% 미만으로 내려가면 충분한 입자 코팅이 이루어지기 어려우며, 25vol% 초과할 경우 점도가 너무 높아 용사 코팅이 잘 이루어지지 않게 된다. The three types of dispersants were found to reduce the viscosity from 8 to 23 mPa for suspension solutions with 20 vol% powder content, respectively. At this time, the change range of the powder can be changed from 15vol% to 25vol%. That is, if it is lower than 15 vol%, it is difficult to sufficiently coat the particles, and when it exceeds 25 vol%, the viscosity becomes too high, so that the spray coating is not performed well.

PEI와 PBTCA 분산제인 경우에는, PAA 분산제와 달리 0.005 wt%까지 최소의 점도를 나타내었다.  In the case of PEI and PBTCA dispersants, the viscosity was minimal up to 0.005 wt%, unlike PAA dispersants.

도 7은 PEI 분산제 함유에 따른 점도의 변화를 나타낸 도면이다. 파우더의 함유량 및 PEI 분산제에 따른 점도의 값을 나타낸다. Fig. 7 is a graph showing the change in viscosity with the inclusion of the PEI dispersant. Fig. The content of the powder and the viscosity according to the PEI dispersant.

파우더의 함유량이 많은 경우, 분산제는 서스펜션 용액의 점도를 급격하게 감소시킨다. 그러나 파우더의 함량이 적은경우에, 점도의 값은 분산제에 관계없이 일정한 비슷한 값을 가진다. When the content of the powder is large, the dispersing agent sharply reduces the viscosity of the suspension solution. However, when the content of the powder is small, the value of the viscosity has a similar value regardless of the dispersing agent.

이와 같은 현상은 파우더의 함유량이 많은 경우에 입자와 입자간의 상호작용이 크게 일어나기 때문으로 판단된다. 따라서 첨가된 분산제가 더 큰 영향을 미칠 수 있다. 서스펜션 용액에서 파우더의 함유량이 적은 경우에도 분산제가 없는 서스펜션 용액은 빨리 침전할 수 있고, 침전 후에 입자층을 형성하여 재분산이 어려울 수 있다. 반면 분산제를 포함하는 서스펜션용액은 매우 천천히 침전되며, 침전 후에도 재분산시키기가 용이할 수 있다.
This phenomenon seems to be caused by the interaction between particles and particles when the content of the powder is large. Therefore, the added dispersant may have a greater effect. Suspension solution without dispersant can be precipitated quickly even when the content of the powder in the suspension solution is small, and it may be difficult to redisperse by forming a particle layer after precipitation. Suspension solutions containing dispersants, on the other hand, tend to settle very slowly and can be easily redispersed after precipitation.

상기 실시예를 통하여 만들어진 세라믹 현탄액을 사용하여 금속 표면에 세라믹 용사 코팅을 실시하였다. 그 결과 도 8a ~ 도 8c과 도 9a ~ 도 9c에서와 같이 치밀한 단면 구조를 나타내었다.Ceramic spray coating was performed on the metal surface using the ceramic current-collecting solution prepared through the above-described examples. As a result, a dense cross-sectional structure was shown as in Figs. 8A to 8C and Figs. 9A to 9C.

즉, 도 8a ~ 도 8c는 금속 표면에 50회를 코팅한 단면층을 SEM을 이용해 관찰한 사진으로, 약 25um정도의 두께로 코팅막이 입혀졌으며 치밀한 단면구조를 가지고 있음을 알 수 있다. 도 9a ~ 도 9c는 금속 표면에 100회 코팅한 지르코니아 단면층을 SEM을 이용해 관찰한 사진으로, 약 50um의 두께로 코팅층이 형성이 되어있으며, 또한 기공이 없는 치밀한 코팅막이 형성됨을 확인할 수 있었다. That is, FIGS. 8A to 8C are SEM images of a cross-sectional layer coated on a metal surface 50 times, and it is shown that the coating film has a thickness of about 25 μm and has a dense cross-sectional structure. 9A to 9C are photographs of a zirconia cross-section coated on a metal surface 100 times by SEM. It was confirmed that a coating layer was formed with a thickness of about 50 μm and a dense coating film without pores was formed.

따라서 본 발명에 따른 조성물을 이용하면, 치밀한 고밀도의 코팅막이 형성이 가능하여 모재와의 부착력을 증진시킬 수 있어 내부식성 및 내마모성이 개선된 세라믹 코팅을 형성할 수 있다.  Therefore, by using the composition according to the present invention, it is possible to form a dense and high-density coating film, thereby enhancing the adhesion with the base material, thereby forming a ceramic coating having improved corrosion resistance and abrasion resistance.

Claims (2)

세라믹 입자로서 Y2O3, TiO2, ZrO2, Al2O3 및 YSZ의 혼합 조성물; 및
용액으로서 사용되는 물을 포함하는 세라믹 현탁액 조성물로서,
상기 세라믹 입자의 입도는 0.4 ~ 8um 이고,
상기 세라믹입자와 물로 이루어진 세라믹 현탁액 조성물의 pH 값은 7.5 ∼ 8이며,
상기 세라믹 현탁액 조성물은 첨가제로서 분산제를 더 포함하고,
상기 분산제는 PAA, PEI 또는 PBTCA 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 표면에 세라믹 현탁액 용사 코팅을 하기 위한 세라믹 현탁액 조성물.
A mixed composition of Y 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 and YSZ as ceramic particles; And
1. A ceramic suspension composition comprising water used as a solution,
The particle size of the ceramic particles is 0.4 to 8 um,
The pH value of the ceramic suspension composition composed of the ceramic particles and water is 7.5 to 8,
The ceramic suspension composition further comprises a dispersant as an additive,
Wherein the dispersant is one selected from the group consisting of PAA, PEI, and PBTCA. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI > A ceramic suspension composition for spray coating a ceramic suspension on a metal surface.
청구항 1에 있어서,
상기 세라믹 현탁액 조성물에서 세라믹 입자의 함량은 세라믹 현탁액 조성물 전체 기준으로 15vol% ∼ 25vol%인 것을 특징으로 하는, 금속 표면에 세라믹 현탁액 용사 코팅을 하기 위한 세라믹 현탁액 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the content of ceramic particles in the ceramic suspension composition is 15 vol% to 25 vol% based on the total of the ceramic suspension composition.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106835002A (en) * 2016-12-27 2017-06-13 武汉武船机电模块有限责任公司 Ship metal parts for coating rare-earth ceramic electric insulation coating layer and preparation method thereof
KR20200075355A (en) * 2018-12-18 2020-06-26 한국세라믹기술원 Non oxide substrate comprising densified top coating and method of forming thereof
KR20220090983A (en) * 2020-12-23 2022-06-30 목포대학교산학협력단 Manufacturing method of yttria suspension for plasma spray coating
CN115852293A (en) * 2022-10-13 2023-03-28 扬州大学 Preparation method of metal ceramic self-lubricating composite wear-resistant coating

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060021625A (en) 2004-09-03 2006-03-08 한국과학기술연구원 Low friction thermal spray coating powder for high temperature application and the making method
KR20080039317A (en) 2006-10-31 2008-05-07 가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드 Thermal spray powder, method for forming thermal spray coating, and plasma resistant member
KR20080075589A (en) * 2007-02-13 2008-08-19 주식회사 코미코 Slurry composition for forming a plasma spray coating powder, method of forming the slurry composition and the plasma spray coating powder
KR20100025803A (en) * 2008-08-28 2010-03-10 한국과학기술원 The preparation method of surface-coated particles by emulsion flame spray pyrolysis

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060021625A (en) 2004-09-03 2006-03-08 한국과학기술연구원 Low friction thermal spray coating powder for high temperature application and the making method
KR20080039317A (en) 2006-10-31 2008-05-07 가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드 Thermal spray powder, method for forming thermal spray coating, and plasma resistant member
KR20080075589A (en) * 2007-02-13 2008-08-19 주식회사 코미코 Slurry composition for forming a plasma spray coating powder, method of forming the slurry composition and the plasma spray coating powder
KR20100025803A (en) * 2008-08-28 2010-03-10 한국과학기술원 The preparation method of surface-coated particles by emulsion flame spray pyrolysis

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106835002A (en) * 2016-12-27 2017-06-13 武汉武船机电模块有限责任公司 Ship metal parts for coating rare-earth ceramic electric insulation coating layer and preparation method thereof
CN106835002B (en) * 2016-12-27 2019-09-24 武汉武船机电模块有限责任公司 The metal parts and preparation method thereof of ship coating rare-earth ceramic electric insulation coating layer
KR20200075355A (en) * 2018-12-18 2020-06-26 한국세라믹기술원 Non oxide substrate comprising densified top coating and method of forming thereof
KR20220090983A (en) * 2020-12-23 2022-06-30 목포대학교산학협력단 Manufacturing method of yttria suspension for plasma spray coating
CN115852293A (en) * 2022-10-13 2023-03-28 扬州大学 Preparation method of metal ceramic self-lubricating composite wear-resistant coating

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